紫花苜蓿根系-砂土复合体力学特性

为探究紫花苜蓿根系对砂性土的增强作用,以黄土为基础土料,河砂为改性土料,将改性土料加入基础土料中,制备含砂质量百分比为0%,20%,40%,60%的紫花苜蓿根系-砂土复合体;通过根系拉伸试验,得到根系抗拉强度;通过直剪试验,得到不同含砂量和根系面积比(根系横截面积A_R与土体横截面积A的比值)的根土复合体抗剪强度参数;采用电子放大镜对紫花苜蓿根系、根土复合体及剪切后试样进行观察,分析根系与土体的结构和特征。结果表明：随着紫花苜蓿根径的增大,抗拉强度呈指数降低;随着含砂量的增加,根土复合体黏聚力呈现先增大后减小的趋势;随着根系面积比的增加,根土复合体黏聚力逐渐增大;以根系抗拉强度和根系面积比的乘积为自变量,实测的抗剪强度增量为因变量,进行线性拟合得到K值,在含砂量为0%,20%,40%,60%下的K值分别为0.38,0.56,0.2,0.09;当根土复合体受到剪切力时,根系所受到的拉应力可转变为增强剪切面的摩擦力和抵抗土体变形的剪应力,提高了根土复合体抗剪强度。研究结果对矿山生态修复中的土体重构工作提供理论依据。     

红砂岩风化土路基瞬态饱和区动弹性模量和阻尼比试验研究

连续降雨后的红砂岩风化土路基瞬态饱和区土体骨干曲线、动弹性模量和阻尼比是进行路基动力特性分析的关键因素.为研究红砂岩风化土路基瞬态饱和区在重载列车荷载作用下的动力特性,采用中砂与不同含量红黏土重塑土样进行动三轴试验,探讨了细粒含量、围压对瞬态饱和区土体骨干曲线、动弹性模量和阻尼比的影响.研究表明:含细粒砂土的骨干曲线符合Konder双曲线模型;细粒含量对动弹性模量和阻尼比的影响并不是单调的,而是存在一个临界值,在临界值前后,动弹性模量和阻尼比随细粒含量的变化趋势相反,文中所用试样的临界细粒含量在20%左右;围压对土体动弹性模量和阻尼比有显著的影响,随着围压的增大,动弹性模量增大,阻尼比减小.     

结合水对高液限土固结压缩特性的试验研究

高液限土的压缩沉降计算问题一直被广泛关注。为了研究结合水对高液限土压缩特性的影响,提高固结压缩量计算的精度,选取海南万洋高速公路的高液限土进行研究,采用容量瓶法进行了结合水含量的测试;开展了SEM电镜扫描与XRD射线衍射分析的微观试验,研究土体组成成分对结合水吸附性能的影响;提出考虑结合水含量的修正土体孔隙比计算方法,假定不同的结合水密度,进行了相同常规孔隙比及考虑结合水含量的修正孔隙比下的一维饱和固结试验。同时选用长沙砂性土进行以上试验作为对比研究。结果表明:海南高液限粉土的结合水含量远高于长沙砂性土;土体中的黏粒含量、亲水性黏土矿物的含量以及高岭石的叠状结构影响了结合水的吸附性能;结合水的密度约为1.3 g/cm~3,考虑结合水含量后两种土样的固结压缩量随时间变化一致,且试验结束后的含水率高于试样结合水含量,工程实践中难以脱去,可以归为固相的一部分,建议考虑结合水含量对高液限土的孔隙比计算方法进行修正,这对高液限土路基压缩特性以及工程应用具有实际意义。     

击实土单轴抗拉强度试验研究

黏性土体内的裂缝产生与其抗拉强度有关.在分析土石坝心墙水力劈裂、地基裂缝等问题时,考虑抗拉强度对深入研究土体应力变形特性有重要意义.对3种不同土料的击实试样进行了抗拉强度试验,其中,1种土料为塑性相对较高的黏土,另2种为砾质黏土.通过试验,研究了各种土料在不同击实功、试样由非饱和变化到饱和状态、不同制样含水率时的抗拉强度.结果表明,黏性土的抗拉强度随着击实功的增大而增大;试样由非饱和变化到饱和状态后,其抗拉强度大幅降低;在同一击实功下,土体的抗拉强度随着制样含水率的增加而减小.     

类毛细导水材料排水及抑制土体冻融效果研究

为解决季节性冻土地区路基土中水分积累引起的路基冻害问题,以商用高岭土为对象,通过对使用类毛细导水材料处理后的高岭土单元试样分别进行排水和冻融试验,研究类毛细导水材料排水及抑制土体冻胀的效果. 结果表明,类毛细导水材料可以在土体非饱和条件下将其中水分排出,使土样中水分含量降低20%~30%;类毛细导水材料包裹试样侧面时的排水效果优于将其埋设于试样中,且试样初始含水率越大,类毛细导水材料的排水性能发挥越充分;冻融试验中,土样初始含水率越高,其冻胀量和融沉量也就越大,类毛细导水材料能够使土样在冻胀融沉过程中的体积变化率降低5%~15%,从而有效抑制土体冻害.     

含砾黏性土力学特性分析

通过三轴试验,分析研究含砾黏性滑带土的力学特性,发现当砾石含量低时,主要表现出黏性土的力学特性,试样强度较低;砾石含量高时,砾石间的摩擦咬合作用增强,试样强度较高。表现出应变硬化特性,且均表现为剪缩,破坏时试样均是鼓屈变形。随着砾石含量的增加,试样的排水性能先降低后增强。砾石含量较高时,试样的排水性能明显强于砾石含量低的试样与黏性土试样。绘制了四种土样的有效应力路径,低围压时,直线不能很好地包络有效应力路径;黏粒含量低时,强度包线通过原点且是直线,较好的包络了有效应力路径。确定了修正剑桥模型中的M、λ、κ等参数并且对试验结果进行了验证,CD试验计算主应力差与试验结果吻合较好,体应变计算值与试验结果偏差较大,CU试验计算与试验结果较吻合。     

乌市头区地基冻害与土体粒度成分相关分析

在乌市头屯河区二号台地某工程现场勘察发现,粉细砂、粉土、黏土分布区冻融现象明显。对场地土体取样进行颗粒分析试验,进一步研究土体粒度成分与冻融特征之间的关系,研究表明:细粒含量越高则发生冻融破坏的可能性越大,粒径为0.1～2mm的粒组含量控制冻融程度,粒径为0.5～1mm是导致冻胀、融沉破坏的主要粒组。弱胶结含砾粉土、含细砾砂土粒径小于1mm的粒组含量大于35%,冻胀、融沉破坏现象明显;含粉砂砾石、强风化泥质砂岩因粗砂及细砾含量高,冻融破坏现象就相对较弱。     

膨胀土的循环胀缩特性试验研究

膨胀土分布的大多数地区气候都存在明显的干湿循环特征.这种气候的干湿循环会引起膨胀土含水量的变化,导致膨胀土发生胀缩循环效应.文章主要研究了合肥膨胀土的胀缩循环特性,试验结果表明,土样经过一个膨胀-干缩循环后再回到初始含水量点,土样的高度有所增加,不再是未膨胀前的高度,即膨胀与收缩并非是可逆的;膨胀土经过循环胀缩作用后,土体的胀缩性减弱,其抗吸水与抗失水的能力也随之下降;土的微结构变化主要集中在前几级循环胀缩过程中.     

土石混合料与岩石接触面变形特性模拟试验研究

以土-岩接触面滑坡为工程背景,用室内大型叠环单剪试验研究土石混合料与岩石接触面变形特性,重点分析法向应力、含水率、粗糙度对接触面变形特性的影响.研究表明,土-岩接触面的体变规律主要与法向应力有关,当法向应力小于400 k Pa时,表现为剪胀,400 kPa时试样表现为剪缩,体变随着剪切位移变化曲线呈"U"型变化趋势,粗糙度和含水率只影响体变的幅度.相同试验条件下,同一高度的土样剪切变形移随着法向应力以及粗糙度的增大而增大,饱和含水率土样较天然含水率土样剪切变形明显变小;接触面剪切带厚度受粗糙度、法向应力影响较大,随着法向应力和粗糙度的增加,接触面破坏形式,由滑移破坏向接触面剪切滑动带破坏再向土体内破坏转变,因此存在临界粗糙度和法向应力,使得接触面的破坏由接触面向土体内转移.在分析土-岩接触面常用模型适应性基础上,用统计损伤模型描述土-岩接触面应力位移关系较好.     

特定盐分及含量遗址土盐渍化风蚀效应试验研究

盐渍化风蚀效应是岩土体盐渍劣化加速风蚀损化的一种普遍效应,对西北干旱区土遗址影响尤大,遗址土体基底盐渍区掏蚀现象的发育发展研究基于室内试验,采用遗址土重塑样进行声波测试和风蚀试验,阐述了盐分类别及含量、挟沙风速对土遗址盐渍区损化率的控制作用.结果表明,NaCl盐分对试样强度破坏最大,导致风蚀损化率也最大,且盐分含量越大这种破坏土体强度和促进风蚀损耗的作用越强烈;而Na2SO4盐分含量较小时促进风蚀,含量加大后反而会提高试样强度从而减轻风蚀效应;复盐作用下试样风蚀效应受这两种单盐共同作用呈现不同的规律;所有试样风蚀损耗量均随挟沙风风速增大呈指数递增.研究对地貌学、文物古迹保护和土木工程等领域有直接的影响意义.     

微生物与水泥固化南海珊瑚砂的强度及微观特征对比试验

近年来,微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbial induced calcium carbonate precipitation, MICP)在土体加固领域受到广泛关注,但对MICP技术和水泥固化珊瑚砂的力学特性对比研究尚不充分。为了对比MICP珊瑚砂砂样和珊瑚砂水泥砂浆试样的力学特性,本试验分析了两者的破坏形式和应力应变曲线,并通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)试验比较了两者的微观结构。结果表明：当试样内部碳酸钙/水泥含量少于15%时,MICP试样的无侧限抗压强度要显著高于水泥砂浆试样,尤其是碳酸钙含量为5.3%、7.7%、9.1%时,MICP试样的无侧限强度为相应水泥砂浆试样强度的200%以上;当碳酸钙/水泥含量高于15%时,二者强度差值在5%以内。同时,MICP试样和珊瑚砂水泥砂浆试样的微观结构存在明显差异性。     

细颗粒含量对海洋性土的力学性能影响规律研究

通过制备重塑土样,进行一系列的三轴固结不排水剪试验、一维固结压缩试验和渗透试验,揭示了小于0.075 mm粒径的砂含量以及伊利石土含量对于海洋土的力学性能的影响规律。实验结果表明:砂土样的应力应变曲线都呈应变软化型,土样不排水剪切强度、残余强度与细颗粒含量有较强的相关性;对于加伊利土土样,伊利土含量为10%是土样的强度性质临界值,当其小于10%时,土样性质主要由砂土决定,呈现应变软化特性;当伊利土含量大于临界值(10%)时,土样性质由伊利土含量主导,呈现应变塑性硬化特性;土样压缩性质和渗透性质与细颗粒含量均有较强的相关性:随着细颗粒含量的增加,土样压缩模量E_s和渗透系数K均减小。研究结论为海洋桩基等工程的设计提供了参考。     

堆体边坡根土复合体抗剪强度试验研究

经生态修复的堆体边坡多位于城镇生态涵养带和水源保护区,在降雨侵蚀作用下坡体浅层失稳现象严重,不同类型植被根系对土体强度指标影响的定量化是亟待解决的问题之一。以伊洛河流域粉黏土堆体边坡为例,量测单位样方内狗牙根及沙棘的植株高度、植株密度,调查土层深度20~30 cm、直径0.0~1.0 mm的狗牙根根系,调查深度40~50 cm、直径1.0~2.0 mm的沙棘根系,测量整理根长量、根体积、根系密度,确定加入土体中的根系直径及重量,测取各覆被条件下土样常规物理力学指标,采用GDS三轴试验仪对重塑根土试样开展一系列不固结不排水三轴试验,分析试样破坏荷载、根系强度影响系数、抗剪强度指标增长率。试验结果显示:相同围压下各根土复合试样破坏荷载均大于素土试样破坏荷载,狗牙根土试样、沙棘根土试样、狗牙根沙棘根土试样的破坏荷载约是素土试样破坏荷载的倍数依次为1.29~1.35倍、4.52~4.79倍、4.68~4.95倍;狗牙根根系强度影响系数随着围压的增大而减小,而含有沙棘根系试样的根系强度影响系数随着围压的增大而增大;含根系土试样的抗剪强度包络线均位于素土试样抗剪强度包络线上方,狗牙根根系对土体抗剪强度指标的改善主要体现在黏聚力上,而含沙棘根系土试样的黏聚力与内摩擦角均有相对更大幅度的提高;狗牙根土试样黏聚力增长率为35.63%、内摩擦角增长率为16.24%,沙棘根土试样黏聚力增长率为219.13%、内摩擦角增长率为254.02%,狗牙根沙棘混合土试样黏聚力增长率为224.88%、内摩擦角增长率为261.64%。不同类型根系对土体强度的贡献值是不同的,沙棘根系大于狗牙根根系。     

乾安“泥林”土体分散性研究

为研究吉林西部乾安大布苏湖畔"泥林"地区土样分散性特征,在采样地区选取两个采样点进行垂直深度采样并作分散性鉴定.在对土样进行粒度分析和物理化学性质分析的基础上,采用针孔试验等实验方法进行土样分散性的判定研究.实验结果表明:地表以下0~1 m范围,土样以粉粒为主,易溶盐总量大于0.3%,两个采样点含盐量随深度的增加而呈现不同变化特征.采样地区浅层的土样分散性较高,1号采样点土体分散性随着取样深度增大分散性呈现减小趋势;2号采样点的土体均判定为分散性土,分散性变化小.     

细颗粒含量对海洋性土力学性能影响规律的实验研究

通过制备重塑土样,进行一系列的三轴固结不排水剪试验、一维固结压缩试验和渗透试验,揭示了小于0.075 mm粒径的砂含量以及伊利石土含量对于海洋土的力学性能的影响规律。实验结果表明:砂土样的应力应变曲线都呈应变软化型,土样不排水剪切强度、残余强度与细颗粒含量有较强的相关性;对于加伊利土土样,伊利土含量为10%是土样的强度性质临界值,当其小于10%时,土样性质主要由砂土决定,呈现应变软化特性;当伊利土含量大于临界值(10%)时,土样性质由伊利土含量主导,呈现应变塑性硬化特性;土样压缩性质和渗透性质与细颗粒含量均有较强的相关性:随着细颗粒含量的增加,土样压缩模量E_s和渗透系数K均减小。研究结论为海洋桩基等工程的设计提供了参考。     

原状黄土的联合强度理论探讨

目前尚未存在统一的既能判断拉伸破坏,又能判断剪切破坏的土的联合强度理论。文章以洛川黄土为研究对象,采用单轴直接拉伸试验、无侧限抗压试验与三轴不固结不排水剪切试验(UU试验)测得不同应力状态下原状黄土的极限强度,拟合并推导出原状黄土适用的联合强度理论。结果表明:在天然含水率下,原状黄土的抗拉强度较小,仅为8.74kPa,剪切强度最大,抗压强度次之;原状黄土的极限拉应变很小,极限压应变稍大,土体表现为脆性破坏,但随着围压σ3的增大,破坏时的应变也相应增大,土体由脆性破坏向延性破坏过渡;二次抛物线型强度理论能合理地判断原状黄土的拉伸与剪切破坏;可利用易于测量的单轴抗压试验和三轴剪切试验结果求出二次抛物线型强度方程,并合理地反演出抗拉强度。     

颗粒粒径对泥石流形成影响的试验研究

为研究泥石流受土体颗粒粒径的影响,将细砂和中砂按不同质量比配置6组不同颗粒粒径的试验试样,进行泥石流室内模型试验.试验结果表明:颗粒粒径对泥石流的形成模式具有重要影响,随着细砂含量的增加,泥石流的形成模式从滑坡型破坏变为流滑型破坏.当细砂含量小于40%时,坡体分层块体下滑,发生滑坡型破坏;当细砂含量大于40%时,坡体整体快速下滑,发生流滑型破坏.分析中砂坡体泥石流形成过程中孔隙水压力变化规律,揭示了降雨作用下泥石流形成过程中水土作用关系.本文结果为泥石流研究提供理论参考价值.     

花岗岩残积土抗拉强度试验研究

在传统工程地质环境及土力学性质的研究中,土体的抗拉强度常常被忽略,而其实抗拉张强度在评估非饱和红土的崩岗、崩塌及土坝、堤防、路基、垃圾填埋场等边坡的稳定性方面,起着决定性的作用。文章利用自行研制的土体单轴抗拉强度试验仪,对华南地区广泛分布的两种花岗岩残积土的抗拉强度进行了试验研究,同时通过快剪试验得到了黏性花岗岩残积土的抗剪强度参数,并对花岗岩残积土的抗拉强度机理进行了分析。试验结果表明,花岗岩残积土抗拉强度与含水量呈负相关关系,并且随着含水量的增大,抗拉强度的减小幅度会随干密度大而增大;抗拉强度与干密度呈正相关关系,并且随着干密度的增大,抗拉强度的增大幅度会随含水率增大而增大;砂质花岗岩残积土(粉黏土质砂)的抗拉强度普遍低于黏性花岗岩残积土(含砂黏土)的抗拉强度;黏性花岗岩残积土(含砂黏土)的抗拉强度与其粘聚力呈正相关关系,与内摩擦角相关性不大。花岗岩残积土的抗拉强度机理分析表明,土颗粒间的联结作用力是土体抗拉强度主要来源,包括土颗粒间的直接接触联结作用力、土颗粒间的微观非接触联结作用力和通过胶结物或气液收缩膜作用产生的间接接触联结作用力。     

基于计算机图像处理技术的松散砂性土微观结构定量分析方法

土体微观结构是土体宏观力学机制的反映,深入研究土体微观结构对正确评价土体工程性质具有重要的指导意义.针对松散砂性土的微观结构量化研究中存在的难题,提出了一整套样品制备方法和试验方法,基于数字图像处理技术,对土样的扫描电子显微镜图像(scanning electron microscope,SEM)进行了定量分析,并通过自主开发的程序实现了土样微观结构量化指标的快速获取和全自动处理.采用该方法能对松散的砂性土制备出符合扫描电镜观测要求并同时保持原始结构不受扰动的试样,开发的程序能对土样的SEM图像进行去除多余信息、二值化、去噪、参数统计等预处理步骤,快速获取颗粒个数、面积、形态比、表观孔隙率、分形维数等微观结构量化指标.借助统计学方法,对一些关键量化指标的分布特征进行了分析和探讨.研究结果表明,计算机图像处理技术可以高效识别土体的颗粒和孔隙形态,进行土体微观结构参数的精确提取,从而为土体微观结构的定量分析提供了有效的途径.     

溶蚀作用对黄土体物理力学性质影响的试验

为了探究雨水溶蚀作用对黄土体物理力学性质的影响,以洛川塬边黄土为研究对象,对试样开展X射线衍射、扫描电镜、强度等试验,对比雨水溶蚀前后试样在粒度组成、矿物成分、离子含量、微结构单元及物理力学性质方面的差异,探究雨水溶蚀作用对黄土工程性质的影响,然后通过显著性理论定量分析溶蚀作用对黄土体损伤程度的大小。试验结果表明:雨水的溶蚀会使土样粉粒含量明显降低,粘粒含量明显增大,亲水性矿物成分降低,土体中Ca~(2+),Mg~(2+),SO■,CO■,HCO~-_3等离子含量减少;溶蚀作用前后试样微结构单元发生了明显的变化,具体表现为试样大孔隙减少、小空隙增多,粒间连接减弱;经历溶蚀作用后试样粘聚力、内摩擦角明显降低,成分的改变造成强度指标降低,进而使得黄土体发生病害;通过显著性理论分析,溶蚀作用会对土体造成明显损伤。